Расчет многокаскадного усилителя
Курсовая работа
на тему
| Видеоусилитель |
| Выполнил: | студент группы 04-320 Гуренков Дмитрий |
| Проверил: | преподаватель Игнатьев Ф. Н. |
Москва 2019 год
Содержание
Задание................................................................................................................................................................................. 3
Введение............................................................................................................................................................................. 3
Расчет многокаскадного усилителя...................................................................................................... 4
Расчет апериодических и импульсных усилителей.............................................................. 5
Расчет "Y"-параметров транзистора......................................................................................................... 7
Высокочастотная эмиттерная коррекция......................................................................................... 9
Низкочастотная коррекция цепочкой 
.................................................................................. 10
Выбор и стабилизация режимов работы усилительных каскадов на транзисторах. 11
Расчет.................................................................................................................................................................................. 15
Расчет необходимого количества каскадов................................................................................................... 15
Расчет оконечного усилительного каскада.................................................................................................... 16
Расчет Y-параметров................................................................................................................................................ 16
|
|
|
Рассчитаем высокочастотную эмиттерную коррекцию................................................................................ 17
Низкочастотна коррекция цепочкой ...................................................................................................... 18
Стабилизация режима работы усилительного каскада................................................................................ 18
Расчет предоконечных усилительных каскадов.......................................................................................... 19
Рассчитаем высокочастотную эмиттерную коррекцию................................................................................ 20
Низкочастотна коррекция цепочкой ...................................................................................................... 20
Стабилизация режима работы усилительного каскада................................................................................ 20
Эксплуатационные данные........................................................................................................................... 21
Видео усилитель. Принципиальная схема...................................................................................... 23
Перечень элементов............................................................................................................................................. 24
Литература..................................................................................................................................................................... 25
Задание
Разработать принципиальную схему и рассчитать видеоусилитель со следующими характеристиками:
- коэффициент усиления по напряжению 
;
|
|
|
- длительность импульса 
мкс;
- относительный скол вершины импульса – не более 
;
- относительная длительность фронта – не более 
;
- сопротивление нагрузки усилителя 
кОм;
- емкость нагрузки усилителя - 
пФ.
Введение
Усилитель – это устройство, увеличивающее мощность сигнала. Увеличение мощности происходит за счет преобразования энергии источника питания в сигнал на заданной частоте. Функцию преобразователя выполняет активный прибор, управляемый входным сигналом. Таким образом, в усилителе относительно маломощный входной сигнал управляет передачей большой мощности на частоте сигнала от источника питания в нагрузку, причем выходной сигнал является непрерывной функцией входного. Сам механизм преобразования энергии источника питания в энергию сигнала зависит от физической природы активного прибора.
Существует большое количество различных видов усилителей по активному прибору, в частности: на трех активных полюсных приборах, на активных двухполюсных приборах, усилители на ЛБВ и ЛОВ. В зависимости от вида усиливаемого сигнала различают усилители непрерывных и импульсных сигналов. Усилители импульсов, не имеющих высокочастотного заполнения (видеоимпульсов), обычно относятся к видео усилителям, или точнее говоря к видео импульсным усилителям. Усиление низкочастотных непрерывных и импульсных (как в нашем случае) сигналов осуществляется апериодическими импульсными усилителями.
|
|
|
Будем рассматривать апериодический усилитель с емкостной связью на трех активном полюсном приборе. Основным свойством апериодического усилителя является отсутствие ярко выраженных резонансных явлений. Нагрузкой этого усилителя, как правило, является резистор. Расчеты усилительных устройств, обычно, выполняются покаскадно с дальнейшим нахождением параметров многокаскадных усилителей. Эффективность усиления можно оценить по величине коэффициента усиления. Различают коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности. Основным, обычно, считается коэффициент усиления по напряжению: 
, который далее будет именоваться просто коэффициентом усиления 
без индекса «U». Коэффициенты усиления являются комплексными величинами. Модуль коэффициента усиления определяет соотношение входной и выходной амплитуд, на данной частоте.
В качестве принципиальной схемы усилителя выберем схему, состоящую из N каскадов на однотипных, активных приборах с одинаковыми параметрами. В таком случае общий коэффициент усиления будет находиться как произведение коэффициентов усиления каждого из каскадов.
|
|
|
Выберем схему включения активного прибора:
1. Схема включения с общей базой (ОБ) обладает сравнительно малым, входным и большим выходным сопротивлением, но имеет малую зависимость параметров от температуры и более равномерную частотную характеристику. В схеме с ОБ достигаются максимальные значения коллекторного напряжения, что важно при использовании мощных транзисторов.
2. Схема включения с общим эмиттером (ОЭ) обладает наибольшим усилением по мощности, что уменьшает количество каскадов в схеме, но неравномерная частотная характеристика, большая зависимость параметров от температуры и меньшее максимальное коллекторное напряжение снижают преимущества этой схемы. Входные и выходные сопротивления усилителя на транзисторах, включенных в схему с ОЭ отличаются меньше, чем в схеме с ОБ, что облегчает построение многокаскадных усилителей.
3. Схема включения с общим коллектором (ОК) обладает большим входным и малым выходным сопротивлением. Это свойство находит применение в согласующих каскадах (эмиттерный повторитель). Частотная характеристика схожа с частотной характеристикой включения с ОЭ.
Как видно из приведенных выше характеристик различных включений, схема с ОЭ по большинству показателей занимает промежуточное положение между схемами ОБ и ОК. В то же время она обладает максимальным усилением по мощности и удобна в использовании в много каскадных усилителях. Именно по этому она считается наиболее универсальной.
Как следует из вышесказанного, в качестве схемы включения нашего активного прибора будем использовать схему с общим эмиттером.
Активными основными приборами современных усилительных устройств являются биполярные и полевые транзисторы. В качестве активного прибора будем использовать биполярный транзистор.
Расчет многокаскадного усилителя
Как правило, усилительные устройства являются многокаскадными, так как с помощью одного каскада обычно не удается обеспечить необходимое усиление. Основное усиление по напряжению обеспечивается в каскадах предварительного усиления. Из них обычно выделяют входной каскад, схема которого зависит от требований по сопряжению с источником сигнала, допустимому дрейфу нуля и т.п. Спецификой выходного каскада является обеспечение заданной мощности или амплитуды выходного сигнала, ограничения по допустимому уровню искажений, работа на низкоомную нагрузку и т.д. Предоконечный каскад также может иметь специфические особенности, связанные с условием работы выходного каскада, например, с требованием обеспечить на его входе значительную мощность сигнала.
При построении широкополосных усилителей на биполярных транзисторах основное внимание уделяют их частотным свойствам, позволяющим при заданном коэффициенте усиления одного каскада в области средних частот 
обеспечить требуемую верхнюю граничную частоту 
, а, следовательно, и площадь усилителя одного каскада
. (1.1)
Если многокаскадный усилитель с верхней граничной частотой 
содержит 
одинаковых каскадов, а искажения на верхних частотах распределены между каскадами равномерно, то связь между и устанавливается соотношением
, (1.2)
где 
- функция, учитывающая уменьшение с ростом числа каскадов.
Если отдельные однотипные каскады развязаны между собой по постоянному току, что приводит к искажения в области нижних частот, то нижняя граничная частота одного каскада 
связана с 
всего усилителя соотношением
. (1.3)
Общий коэффициент усиления N-каскадного усилителя с учетом (1.1) и (1.2)
. (1.4)
Максимальная площадь усиления дифференциального каскада или каскада с общим эмиттером на биполярном транзисторе может быть оценена по формуле
, (1.5)
где высокочастотный параметр 
определяется паспортными параметрами транзистора.
Если заданы 
и , то, используя выражение (1.4) и ориентируясь на максимальную площадь усилителя 
, можно оценить необходимое количество каскадов усилителя, подобрав , удовлетворяющее условию:
. (1.6)
Полутора кратный запас по усилению учитывает, в частности, потери сигнала во входной цепи усилителя. Коэффициент 
следует брать 
- для простейших резистивных каскадов; 
- для случая применения во всех каскадах высокочастотной коррекции. Последнее позволяет ослабить требования к частотным свойствам транзистора и обеспечить необходимый коэффициент усиления и заданную полосу пропускания меньшим числом каскадов.
В импульсных усилителях основное внимание уделяется переходным искажениям, в частности, времени установления усилителя 
. Для усилителя из однотипных каскадов 
связано с требуемым временем установления 
каждого из каскадов соотношением
. (1.7)
Формула (1.7) справедлива, если величина относительного выброса на один каскад не превышает критического 
.
Поскольку усилитель обычно содержит один или несколько одинаковых предварительных каскадов, а также выходной каскад и входную цепь с временем установления соответственно 
и 
, то общее время установления 
.
Величина общего относительного скалывания и времени запаздывания N-каскадного усилителя определяется соответствующими параметрами каждого каскада и оценивается по формуле
; 
. (1.8)
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 307; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!